4. Особенности функционирования тормозных синапсов

Тормозные синапсы чаще всего образуются на теле нейрона. В них также выделяется медиатор и открываются хемозависимые каналы. Но каналы предназначаются не для натрия, как в возбуждающих синапсах, а для прохождения ионов хлора или ионов калия. Если откроются каналы для Cl ^-- анионов хлора, то они по концентрационному градиенту входят в клетку. В результате сумма отрицательных зарядов в клетке увеличивается и происходит гиперполяризация мембраны: значение мембранного потенциала возрастает с -65 мВ до, например, -70 мВ.

В случае с калием тоже происходит гиперполяризация, так как калий выходит из клетки по концентрационному градиенту.

Возникающий гиперполяризующий сдвиг называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП).

Торможение в ЦНС с помощью синапсов

С нейроном, на который одновременно через синапсы придут возбуждающие и тормозные влияния происходит суммация ВПСП и ТПСП. Если суммация ВПСП приведет к критическому уровню деполяризации, то возникнет ПД.

Если гиперполяризация компенсирует деполяризацию ВПСП, потенциал действия не сможет возникнуть. Постсинаптический нейрон затормозится. Такой вид торможения активности нейрона называется постсинаптическим.

Может быть еще и пресинаптическое торможение. О нем мы поговорим в лекции 6.

5. Свойства проведения возбуждения в химических синапсах

1. Клапан. Все химические синапсы функционируют по принципу клапана (от пресинаптической клетки к постсинаптической), так как рецепторы расположены только на постсинаптической мембране. Этим определяется упорядоченное направление передачи информации в ЦНС.

2. Низкая лабильность синапсов из-за синаптической задержки. Передача информации через химические синапсы происходит гораздо медленней, чем проведение возбуждения по аксонам. Соответственно, чем больше нейронов в рефлекторной дуге, тем медленнее передача сигнала.

3. Пластичность химических синапсов. Химические синапсы способны усиливать или ослаблять передаваемые сигналы.

А) Усиление.

- «синаптическая потенциация» («облегчение»). Если учащать подачу импульса по аксону, то на каждый последующий ПД ответ постсинаптической мембраны будет возрастать. Это связано с накоплением Ca⁺⁺ внутри пресинаптического окончания → экзоцитоз большего количества везикул → больше квантов медиатора → большее количество рецепторов на постсинаптической мембране будет активировано → откроется больше ионных каналов →больше амплитуда ВПСП.

- посттетаническая потенциация. Если на нервное окончание короткое время интенсивно (часто) подавали импульсы, то в течение 2-5 мин после окончания подачи в ответ на одиночный разряд наблюдается рост амплиту­ды ВПСП. Это связано не только с накоплением Ca⁺⁺ в пресинаптическом окончании, но и с фосфорилированием белков.

- долговременная потенциация. В том случае, если изменения сохраняются не несколько минут, а в те­чение десятков минут или даже дней, то говорят о долговременной потенциации. В подобном процессе участвуют сложные процессы обмена веществ в нейронах и глии.

Б) Угнетение.

- кратковременная депрессия. При чрезмерном раздражении пресинаптического окончания в нем происходит истощение медиатора, что приводит к уменьшению амплитуды ВПСП.

- долго­временная депрессия. В том случае если стимуляция синапса низкочастотна (порядка 1-5 Гц), то возникает несовпадение по времени активации пре- и постсинаптической мембраны, что приводит в свою очередь к долго­временной депрессии данного синапса.

Таким образом, различная интенсивность использования синапса приводит к его модификации, вызывая улучшение или ухудшение передачи через него сигнала

В) Деятельность синапса может изменяться и в связи с меняющейся чувствительностью постсинаптической мембраны, которая способна уменьшать или увеличивать количество и эффективность функционирования своих рецепторов.

Следовательно: пластичность межклеточных соединений, на основе которой синапсы участвуют в процессе научения и формировании следов памяти.

4. Высокая чувствительность к биологически активным веществам. Блокирование фармакологическими агентами. Распространение возбуждения в синапсах легко блокируется фармакологическими средствами. Химический синапс представляет собой область действия многих биологически активных веществ, лекарств или иных химических соединений, по той или иной причине поступивших в организм (токсины, яды, наркотики). Одни вещества, имея сходную с медиатором молекулу, связываются вместо медиатора с рецепторами, другие – не позволяют медиаторам своевременно разрушаться, третьи – стимулируют или угнетают выделение медиаторов из пресинаптических окончаний, четвёртые – усиливают или ослабляют действие тормозных медиаторов и т. д.

Следовательно: Результатом изменений синаптической передачи в тех или иных химических синапсах может стать появление новых форм поведения.

Гормоны, циркулирующие в крови могут модулировать активность синапсов, влияя на синтез медиатора, работу расщепляющих ферментов и т.д. Ботулинический токсин (ботулизм – отравление консервами) способен блокировать выделение ацетилхолина из пресинаптических окончаний мотонейрона, а следствием этой блокады является мышечный паралич. Яд кураре может присоединиться к Н-холинорецепторам, становясь конкурентом ацетилхолину (след-но, остановка дыхания и смерть). Яд -бунгаротоксин (змеи, родственные кобрам) вступает с Н-холинорецепторами в необратимую связь. Вещества хлорофос, карбофос при поступлении в организм образуют промежуточные метаболиты, угнетающие активность фермента холинэстеразы, прекращается расщепление ацетилхолина, что приводит сначала к мышечным судорогам, а затем к параличам и остановке дыхания.

5. Принцип Ч. Дейла. (30-х гг. XX в): клетка может синтезировать своими терминалями только один медиатор. Современное звучание: из одного окон­чания клетки может выделяться не один, а несколько медиаторов, при­чем этот комплекс постоянен для каждой конкретной клетки.

6. В нервно-мышечном синапсе одиночный потенциал действия приводит к выделению такого количества медиатора, что ПСП всегда превышает пороговое значение и возникает ПД.

Одиночные ПСП центральных синапсов лишь 0,2-0,3 мВ амплитудой, что недостаточно для достижения критической деполяризации. Только суммарная активность от 50 до 100 ПД от других клеток, достигших пресинаптического окончания один за другим, приводит к выделению количества медиатора, достаточного для критической деполяризации постсинаптической мембраны.

Выделяют пространственную и последовательную суммацию одиночных ВПСП. Пространственная суммация происходит при одновременной возбуждающей активности группы нейронов, сходящихся на одной общей постсинаптической клетке.

Последовательная суммация (временная) наблюдается при достаточно частом ритмическом возбуждении пресинаптических нейронов. В течение всего этого времени выделяется медиатор, что и приводит к увеличению амплитуды ВПСП. В центральных синапсах оба механизма суммации обычно действуют одновременно и это даёт возможность передать возбуждение постсинаптическому нейрону.